(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に配置される中心電極と、前記軸孔の後端側に配置される端子金具と、前記中心電極と前記端子金具と前記軸孔内で電気的に接続する接続部と、前記絶縁体を収容する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端部に接合されると共に他端部が前記中心電極と間隙を設けて配置された接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有し、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ａ（６，１）、Ｂ（６，１５）、Ｃ（３３，１８）、Ｄ（３３，４）、Ａ（６，１）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあり、
前記チップを前記軸線を含む平面で切断したときの切断面におけるビッカース硬度をＨａｓ、前記チップをＡｒ雰囲気の炉内に１３００℃で１０時間維持した後に冷却した後に測定した、前記チップの前記切断面におけるビッカース硬度をＨａｎとしたとき、１．５≦Ｈａｓ／Ｈａｎ≦２．２
を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
（尚、「冷却」とは、Ａｒを２Ｌ／ｍｉｎで流しながら加熱した状態から前記炉内の加熱を止め、加熱を止めた後も同じようにＡｒを前記炉内に流すことで行う。）
【請求項２】
前記チップは、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｅ（１１，４）、Ｆ（１１，１４）、Ｇ（３１，１６）、Ｈ（３１，６）、Ｅ（１１，４）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記チップは、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｉ（１５，７）、Ｊ（１５，１３）、Ｋ（２７，１４）、Ｌ（２７，８）、Ｉ（１５，７）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記中心電極は、前記接続部に接する後端部と前記後端部から先端側に延びる棒状部とを有し、
（１）前記棒状部における同径の部位のうち前記軸線方向の長さが最も長い胴部の直径ｄが大きくとも２．２５ｍｍであり、
（２）前記棒状部と前記主体金具との前記軸線に直交する方向の距離ｈが３ｍｍ以下である領域の前記軸線方向の長さＨが少なくとも９ｍｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパークプラグに関し、特に、中心電極及び接地電極の少なくとも一方にチップが設けられたスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用されるスパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側内孔に配置される中心電極と、一端が主体金具の先端側に接合され、他端が中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備える。そして、スパークプラグは、内燃機関の燃焼室内で、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に形成される火花放電間隙に火花放電され、燃焼室内に充填された燃料を燃焼させる。
【０００３】
中心電極及び接地電極を形成する材料としては、Ｎｉ合金等が一般に使用される。Ｎｉ合金は、耐酸化性及び耐消耗性に関してＰｔ及びＩｒ等の貴金属を主成分とした貴金属合金に比べると多少劣るものの、貴金属に比べて安価であるため接地電極及び中心電極を形成する材料として好適に使用される。
【０００４】
近年、高出力化及び燃費向上を図るために燃焼室内の温度を高くする傾向にあり、また、着火性向上のために火花放電間隙を形成する放電部を燃焼室の内部に突き出させるように配置するエンジンが使用されるようになってきている。このような状況では、スパークプラグの放電部が高温に曝されるので、放電部を形成する中心電極及び接地電極の酸化消耗が進みやすくなる。そこで、中心電極と接地電極との対向するそれぞれの先端部にチップを設け、このチップで火花放電が生じるようにすることで、中心電極及び接地電極の酸化消耗を抑制する方法が開発されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、「・・前記中心電極および／または前記接地電極の先端部の放電部位に貴金属チップを接合した内燃機関用スパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、Ｉｒ−Ｒｈ合金からなり、Ｒｈ添加量が１ｗｔ％〜６０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。」（特許文献１の請求項１参照。）が記載されている。この内燃機関用スパークプラグにおける貴金属チップでは、高融点であるＩｒにより耐消耗性が向上し、ＩｒにＲｈが添加されることでＩｒの高温での揮発消耗が防止されることが開示されている（特許文献１の段落番号００２２参照。）。
【０００６】
特許文献２には、「・・上記貴金属部材は、Ｉｒを主成分とし、Ｒｈを６．５質量％以上４３質量％以下と、Ｒｕを５．２質量％以上４１質量％以下と、Ｎｉを０．４質量％以上１９質量％以下と、を含むスパークプラグ。」（特許文献２の請求項１参照。）が記載されている。このスパークプラグにおける貴金属部材では、高融点であるＩｒを主成分としているので耐熱性が良好であり、Ｒｈが所定量添加されているので高温時でもＩｒの揮発消耗を抑制することができ、Ｎｉが所定量添加されているので使用条件によって貴金属部材に発生することのあるえぐれ状の異常消耗を抑制することができ、Ｒｕが所定量添加されているので貴金属部材の消耗や粒状物の付着を生じる発汗現象の発生、及び、さらにこれが進行した剥離現象の発生を抑制することができることが開示されている（特許文献２の段落番号００１１及び００１２参照。）。
【０００７】
特許文献３には、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が起こりにくく、ひいては耐久性に優れたスパークプラグを提供することを課題として（特許文献３の段落番号０００４参照。）、火花放電ギャップを形成する発火部が、Ｉｒを主体に構成されるとともに、ビッカース硬度がＨｖ４００以下となる領域が、その表面から０．０５ｍｍ以上の厚さで形成され、その断面組織を観察したときにその断面上に表れる粒子の最大径ｄmaxに対する最小径ｄminの比ｄmin／ｄmaxの平均値が０．７以上であるスパークプラグが開示されている（特許文献３の請求項１及び２参照。）。Ｉｒを主体とする金属素材に圧延、鍛造、切削、切断、打抜き等の加工を経て製造されたチップは、塑性加工による歪が相当程度に残留して加工硬化を起こしており、特に歪残留の程度が大きい表層部領域は硬度が相当に高くなっている。このようなチップでそのまま発火部を形成すると、Ｉｒ成分の酸化・揮発による消耗が進行し易いので、該チップに９００〜１７００℃で焼鈍を施して、ビッカース硬度がＨｖ４００以下となる所定厚さの表層部領域が形成されるように、チップを軟化させることで、Ｉｒ成分の酸化・揮発が効果的に抑制されることが開示されている（特許文献３の段落番号０００８〜００１０参照。）。また、上述したように加工硬化されたチップの素材における粒子は加工方向に大きく引き伸ばされ、上記ｄmin／ｄmaxはかなり小さい値を示す。しかし、前述の焼鈍を施せば再結晶が進んでｄmin／ｄmaxは次第に大きくなり、発火部のＩｒ成分の酸化・揮発が一層効果的に抑制されることが開示されている（特許文献３の段落番号００１２参照。）。
【０００８】
特許文献４には、チップ長さにわたる、柱状の結晶を有し、加工後の硬度とその使用条件を模した、１１００℃、２０ｈｒの熱処理後の硬度との比である硬化率[（加工後の硬度Ｈｖ）／（使用条件を模した、１１００℃、２０ｈｒの熱処理後の硬度Ｈｖ）×１００（％）]が、１３０％以下  である内燃機関用プラグ電極材料が記載されている（特許文献４の請求項１及び２参照。）。高温酸化消耗に対する抑制効果を向上した内燃機関用プラグ電極材料としては、「結晶粒が粗大であると共にその形状が長いこと、また、その使用温度条件下で再結晶が進行しないように、加工ひずみが残存しないことが必要となる。」（特許文献４の段落番号００１１参照。）と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−７７３３号公報
【特許文献２】特許第４４０２０４６号公報
【特許文献３】特開平１１−１５４５８３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１８７７８号公報
【特許文献５】特許第３６７２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近年、過給器付きのエンジンの適用、燃費向上を目的としたさらなる着火性改善が求められており、点火コイルのエネルギーも大きいものが適用されつつあることから、高温下における酸化消耗だけでなく、高火花エネルギー条件で使用されるスパークプラグにおけるチップの火花放電面の酸化消耗及び火花消耗を抑制することが重要になっている。
【００１１】
この発明は、中心電極及び接地電極の少なくとも一方にチップが設けられたスパークプラグにおいて、前記チップの火花放電面の酸化消耗及び火花消耗を抑制することで、耐久性に優れたスパークプラグを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段は、
[１]  軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に配置される中心電極と、前記軸孔の後端側に配置される端子金具と、前記中心電極と前記端子金具と前記軸孔内で電気的に接続する接続部と、前記絶縁体を収容する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端部に接合されると共に他端部が前記中心電極と間隙を設けて配置された接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方には前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有し、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ａ（６，１）、Ｂ（６，１５）、Ｃ（３３，１８）、Ｄ（３３，４）、Ａ（６，１）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあり、
前記チップを前記軸線を含む平面で切断したときの切断面におけるビッカース硬度をＨａｓ、前記チップをＡｒ雰囲気の炉内に１３００℃で１０時間維持した後に冷却した後に測定した、前記チップの前記切断面におけるビッカース硬度をＨａｎとしたとき、１．５≦Ｈａｓ／Ｈａｎ≦２．２
を満たすことを特徴とするスパークプラグである。
（尚、「冷却」とは、Ａｒを２Ｌ／ｍｉｎで流しながら加熱した状態から前記炉内の加熱を止め、加熱を止めた後も同じようにＡｒを前記炉内に流すことで行う。）
【００１３】
前記[１]の好ましい態様は、
[２]  前記チップは、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｅ（１１，４）、Ｆ（１１，１４）、Ｇ（３１，１６）、Ｈ（３１，６）、Ｅ（１１，４）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にある。
[３]  前記チップは、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｉ（１５，７）、Ｊ（１５，１３）、Ｋ（２７，１４）、Ｌ（２７，８）、Ｉ（１５，７）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にある。
[４]  前記[１]〜[３]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記中心電極は、前記接続部に接する後端部と前記後端部から先端側に延びる棒状部とを有し、
（１）前記棒状部における同径の部位のうち前記軸線方向の長さが最も長い胴部の直径ｄが大きくとも２．２５ｍｍであり、
（２）前記棒状部と前記主体金具との前記軸線に直交する方向の距離ｈが３ｍｍ以下である領域の前記軸線方向の長さＨが少なくとも９ｍｍである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によると、前記チップがＩｒとＲｈとＲｕとを特定の割合で含有し、硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が特定の範囲にあるので、チップの火花放電面の酸化消耗と火花消耗とを抑制することができることにより、耐久性を有するスパークプラグを提供することができる。
【００１５】
中心電極における直径ｄが小さいと、火花放電により生じた熱をチップから中心電極及び絶縁体へと伝達し難くなるので、チップが高温化して、酸化消耗のみならず、火花消耗し易くなる。また、中心電極と主体金具との距離ｈの小さい領域の前記軸線方向の長さＨが大きいと、中心電極に蓄えられる電荷量が増大し、容量放電エネルギーが大きくなり、チップが酸化消耗のみならず、火花消耗し易くなる。この発明におけるチップは、前記直径ｄが大きくとも２．２５ｍｍであり、前記距離ｈが３ｍｍ以下である領域の前記軸線方向の長さＨが少なくとも９ｍｍという耐酸化性及び耐火花消耗性に対して厳しい構造を有するスパークプラグに備えられると、放電部付近の酸化消耗及び火花消耗を抑制する効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。
【図２】図２は、図１に示すスパークプラグにおける要部を示す要部断面説明図である。
【図３】図３は、チップにおけるビッカース硬度を測定する位置を示す断面説明図である。
【図４】図４は、チップに含有されるＲｈとＲｕとの質量割合の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明に係るスパークプラグは、前記軸孔の先端側に配置される中心電極と、前記軸孔の後端側に配置される端子金具と、前記中心電極と前記端子金具と前記軸孔内で電気的に接続する接続部と、前記絶縁体を収容する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端部に接合されると共に他端部が前記中心電極と間隙を設けて配置された接地電極とを備える。この発明に係るスパークプラグは、このような構成を有するスパークプラグであれば、その他の構成は特に限定されず、公知の種々の構成を採ることができる。
【００１８】
この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１及び図２に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の一部断面全体説明図である。図２は、図１に示すスパークプラグにおける要部を示す要部断面説明図である。なお、図１及び図２では紙面下方を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として説明する。
【００１９】
このスパークプラグ１は、図１及び図２に示されるように、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有する略円筒形状の絶縁体３と、前記軸孔２内の先端側に配置された略棒状の中心電極４と、前記軸孔２内の後端側に配置された端子金具５と、前記中心電極４と前記端子金具５とを前記軸孔２内で電気的に接続する接続部６と、前記絶縁体３を保持する略円筒形状の主体金具７と、一端部が前記主体金具７の先端部に接合されると共に他端部が前記中心電極４と間隙Ｇを介して対向するように配置された接地電極８とを備え、前記中心電極４はその先端面にチップ９が設けられている。
【００２０】
前記絶縁体３は、略円筒形状を有しており、端子金具５を収容し、端子金具５と主体金具７とを絶縁する後端側胴部１１と、該後端側胴部よりも先端側において径方向外向きに突出した大径部１２と、該大径部１２の先端側において接続部６を収容し、大径部１２よりも外径の小さい先端側胴部１３と、この先端側胴部１３の先端側において中心電極４を収容し、先端側胴部１３より外径及び内径の小さい脚長部１４とを備えている。先端側胴部１３と脚長部１４との内周面は棚部１５を介して接続され、この棚部１５に後述する中心電極４の鍔部１６が当接するように配置され、中心電極４が軸孔２内に固定されている。先端側胴部１３と脚長部１４との外周面は段部１７を介して接続され、この段部１７に後述する主体金具７のテーパ部１８が板パッキン１９を介して当接し、絶縁体３が主体金具７に対して固定されている。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度を有する材料で形成されることが望ましく、このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。
【００２１】
前記絶縁体３の軸孔２内には、その先端側に中心電極４、後端側に端子金具５、中心電極４と端子金具５との間には中心電極４及び端子金具５を軸孔２内に固定するための接続部６とが設けられている。前記接続部６は、伝播雑音を低減するための抵抗体２１と、該抵抗体２１と中心電極４との間に設けられた第１シール体２２と、該抵抗体２１と端子金具５との間に設けられた第２シール体２３とにより形成されている。抵抗体２１は、ガラス粉末、非金属導電性粉末及び金属粉末等を含有する組成物を焼結して形成され、その抵抗値は通常１００Ω以上である。第１シール体２２及び第２シール体２３は、ガラス粉末及び金属粉末等を含有する組成物を焼結して形成され、その抵抗値は通常１００ｍΩ以下である。この実施態様における接続部６は、抵抗体２１と第１シール体２２と第２シール体２３とにより形成されているが、抵抗体２１と第１シール体２２と第２シール体２３の少なくとも１つにより形成されていてもよい。
【００２２】
前記主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部２４が形成されており、このネジ部２４を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。前記主体金具７は、ネジ部２４の後端側にフランジ状のガスシール部２５を有し、ガスシール部２５の後端側にスパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部２６、工具係合部２６の後端側に加締め部２７を有する。加締め部２７及び工具係合部２６の内周面と絶縁体３の外周面との間に形成される環状の空間にはリング状のパッキン２８，２９及び滑石３０が配置され、絶縁体３が主体金具７に対して固定されている。ネジ部２４は、その内周面における先端側に絶縁体３の脚長部１４に対して空間を有するように配置された先端側内周面３１と、該先端側内周面３１より後端側に径方向内向きに突出する突起部３２と、該突起部３２より後端側にこれより内径が小さく、絶縁体３の先端側胴部１３を取り囲むように配置された後端側内周面３３とを有する。前記突起部３２は、その後端側にテーパ状に拡径するテーパ部１８を有し、テーパ部１８と絶縁体３の段部１７とが環状の板パッキン１９を介して当接している。前記突起部３２の軸線Ｏ方向長さｔ、すなわち前記先端側内周面３１から後端側に向かって径方向内向きに縮径し始める点と前記後端側内周面３３から先端側に向かって径方向内向きに縮径し始める点との距離ｔは、通常１．８〜３．０ｍｍに設定される。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。
【００２３】
端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子であり、絶縁体３の後端側からその一部が露出した状態で軸孔２内に挿入されてシール体１１により固定されている。端子金具５は点火コイルによって電圧が印加される（図示なし。）。例えば、点火コイルによって端子金具５に高電圧が印加され、チップ９と接地電極８との間に高電流が流れることで高い火花エネルギーの火花放電が生じる。火花エネルギーは、通常１０〜６０ｍＪであり、この発明におけるチップを備えたスパークプラグは、７０ｍＪ以上という高火花エネルギーであっても、放電部付近の酸化消耗及び火花消耗を抑制することができる。端子金具５は、低炭素鋼等の金属材料により形成されることができる。
【００２４】
前記中心電極４は、前記接続部６に接する後端部３４と、前記後端部３４から先端側に延びる棒状部３５と、該棒状部３５の先端面に接合されたチップ９とを有する。後端部３４は、径方向外向きに突出する鍔部１６と該鍔部１６から後端側に延びる頭部３６とを有する。該鍔部１６が絶縁体３の棚部１５に当接するように配置され、軸孔２内周面と後端部３４の外周面との間に第１シール体２２が充填されていることで、中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で絶縁体３の軸孔２内に固定され、主体金具７に対して絶縁保持されている。棒状部３５は円柱状に軸線Ｏ方向に延びる胴部３７とその先端に円錐台形状の先端部３８とを有し、該先端部３８にチップ９が接合されている。中心電極４における後端部３４と棒状部３５とは、Ｎｉ合金等の中心電極４に使用される公知の材料で形成されることができる。中心電極４は、Ｎｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。芯部を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、純Ｎｉ等を挙げることができる。
【００２５】
前記チップ９は、後述する特性を有する材料により形成され、円柱形状及び角柱形状等適宜の形状を有することができる。前記チップ９は、レーザ溶接及び抵抗溶接等の適宜の方法により棒状部３５の先端面に接合される。
【００２６】
前記接地電極８は、例えば、略角柱形状に形成されてなり、一端部が主体金具７の先端部に接合され、途中で略Ｌ字状に屈曲され、他端部が中心電極４の先端部との間に間隙Ｇを介して対向するように形成されている。前記接地電極８は、Ｎｉ合金等の接地電極８に使用される公知の材料で形成されることができる。この実施形態のスパークプラグ１における間隙Ｇは、中心電極４の先端部に設けられたチップ９と接地電極８との間の最短距離であり、この間隙Ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。チップは、中心電極４と接地電極８との両方に設けられていてもよく、少なくとも一方のチップが後述する特性を有する材料により形成されたチップにより形成されていればよく、他方のチップはチップとして用いられる公知の材料で形成されてもよい。接地電極８の先端部にチップが設けられている場合には、接地電極８に設けられたチップと中心電極４に設けられたチップ９との対向するそれぞれの対向面の間の最短距離が間隙Ｇとなり、この間隙Ｇで火花放電が生じる。
【００２７】
次に、この発明の特徴部分である中心電極４に設けられたチップ９について、さらに詳しく説明する。
【００２８】
特許文献３及び特許文献４に示されているように、これまで、歪の残留の程度の大きいチップは、酸化消耗が進行し易く、焼鈍により再結晶が進んだ粒状の結晶組織は酸化消耗が抑制されると考えられていた。また、これまで、チップを形成する材料の融点が高い程、また熱伝導率が高い程、耐火花消耗性に有利であると考えられてきた。この点からすると、歪の残留の程度の大きいチップは、歪の残留の程度が小さいチップや歪の残留していない再結晶組織からなるチップに比べて熱伝導率が低くなるため、耐火花消耗性に対して不利であると考えられる。また、従来から考えられている火花消耗のメカニズムとしては、チップ表面から原子が弾き飛ばされるスパッタリング及びチップ表面の金属の溶融及び蒸発等が挙げられる。歪の残留の程度の大きいチップは、熱力学的に不安定な状態にあるので、スパッタリング及び金属の溶融及び蒸発が進みやすく、消耗し易いと考えられる。したがって、どのような組成の材料によりチップが形成されたとしても、歪の残留の程度の小さいチップや再結晶組織からなるチップが、耐酸化性及び耐火花消耗性に有利であると考えられる。
【００２９】
しかしながら、発明者らが検討したところ、歪の残留の程度の小さいチップや再結晶組織からなるチップは、高温下における耐酸化性に優れる結果として、耐久性に優れるスパークプラグが得られるが、高火花エネルギー条件下では、耐火花消耗性に劣り、その結果、耐久性に劣るスパークプラグとなってしまうことが分った。
【００３０】
さらなる検討の結果、特定の組成範囲にあり、一定の歪を有するチップ９とすることで、高火花エネルギー条件下で使用されるスパークプラグであっても、火花放電面の耐酸化性を維持しつつ耐火花消耗性が向上し、それによって耐久性に優れるスパークプラグを提供することができることが分った。
【００３１】
この発明におけるチップ９は、前記チップ９を前記軸線Ｏを含む平面で切断したときの切断面におけるビッカース硬度をＨａｓとし、前記チップ９を炉内に載置して、Ａｒを２Ｌ／分で流しつつ加熱して、１３００℃で１０時間維持した後に加熱を止め、加熱を止めた後もＡｒを２Ｌ／分で流し続けた状態で自然冷却した（以下において、加熱処理と称することがある。）後に炉内から取り出して測定した、前記チップ９の前記切断面におけるビッカース硬度をＨａｎとしたとき、１．５≦Ｈａｓ／Ｈａｎ≦２．２  を満たす。
【００３２】
Ｈａｎに対するＨａｓの比である硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）は、チップに残留する歪の程度を示している。後述する工程を経て形成されたチップは、特定の組成を有し、ある一定の歪を有する。得られたチップはチップの組成等に応じて決まる硬度と歪の残留の程度に応じて決まる硬度とを合わせた結果としての硬度（Ｈａｓ）を示す。このチップを加熱処理すると、歪が完全に除去され、粒状の再結晶組織となる。よって、加熱処理後のチップの硬度（Ｈａｎ）の値は、チップの組成等に応じて決まる硬度と歪の残留していないときの硬度とを合わせた結果としての硬度を示す。したがって、チップの硬度の比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）は、歪の残留していないチップの硬度（Ｈａｎ）に対する歪を有するチップの硬度（Ｈａｓ）の比を示し、チップに残留する歪の程度の指標となる。
【００３３】
硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が前記範囲にあるチップは、一定の歪を有する。前記加熱処理後のチップは、再結晶が起こることで歪が完全に除去される。
【００３４】
前記硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が前記範囲内にあると、スパークプラグを高火花エネルギー条件下で使用しても、チップに残留している歪が除去されにくい。チップに一定の歪が残留していると火花消耗を抑制することができ、それによって、耐久性に優れたスパークプラグを提供することができる。チップが一定の歪を有することで、火花消耗を抑制できる理由は次のように推定される。火花放電の際には、チップの火花放電面に非常に大きな熱エネルギーが投入されるので、チップの火花放電面は局所的に非常に高温になる。そのため、高温下における金属の酸化及び金属の溶融及び蒸発によりチップが消耗する。また、火花放電によりスパッタリングが生じ、また火花放電の衝撃によりチップの火花放電面に変形が生じ、そのため金属の塊の一部が脱落し、火花消耗が加速すると考えられる。一定の歪が残留しているチップは高い強度を有する。すなわち、一定の歪が残留しているチップは、歪の残留していないチップよりもその降伏応力が大きくなり、火花放電の衝撃により、降伏応力以上の応力が加わった際の塑性変形量が少なくなるので、金属の塊が脱落し難く、火花消耗が抑制されると考えられる。一方、歪の残留の程度が小さいチップや歪が完全に除去された再結晶組織からなるチップは、相対的に降伏応力が小さくなり、降伏応力以上の応力が加わった際の塑性変形量が大きくなるので、金属の塊が脱落し易くなると考えられる。
【００３５】
前記硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が１．５より小さいと、チップに残留している歪の程度が小さいので、火花放電の衝撃によりチップの火花放電面が変形し、金属が脱落し易くなり、耐火花消耗性に劣る。前記比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が２．２より大きいと、チップに残留している歪が多すぎ、再結晶温度が下がる。このため、実機耐久のような高温の燃焼ガス下及び高火花エネルギー条件下で使用すると、火花放電によって広範囲にわたって歪が除去されてしまうので、上述したように、耐火花消耗性に劣る。
【００３６】
もちろん、チップの組成によって決まる融点や熱伝導率等により、耐火花消耗性は異なるので、理想的な組成範囲はあるが、組成範囲を好適化（耐酸化性や耐火花消耗性を最適化）するだけでは不十分であり、特定の組成範囲で一定の歪を有するチップとすることで、火花放電面の酸化消耗や火花消耗を抑制し、その結果、耐久性に優れたスパークプラグを提供することができる。
【００３７】
チップ９におけるビッカース硬度Ｈａｓ及びＨａｎは、次のようにして測定することができる。図３は、チップ９におけるビッカース硬度を測定する位置を示す断面説明図である。まず、チップ９を中心軸線Ｏを含む平面で切断し、この切断面Ｓにおいて、前記中心軸線Ｏ上であって、火花放電を受ける面（火花放電面）を示す先端縁Ｔから内部に０．０５ｍｍの位置を測定点とし、この点から径方向両側に０．１ｍｍ間隔で複数の測定点を採る。さらに前記中心軸線Ｏ上であって、先端縁Ｔから内部に０．１５ｍｍの位置において、同様にして、径方向両側に０．１ｍｍ間隔で複数の測定点を採る。ビッカース硬度は、これらの複数の測定点において、ビッカース硬度計により荷重１Ｎ、保持時間１０秒としたこと以外は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４  に準拠して測定する。これらの複数の測定値の算術平均値を算出し、これをビッカース硬度Ｈａｓとする。なお、測定によって形成される圧痕がチップ９と中心電極４との溶融により形成されて成る溶融部上にある場合及びチップ９の火花放電面を示す先端縁Ｔから０．０５ｍｍ以内の領域にある場合には、測定値から除く。ビッカース硬度Ｈａｎは、ビッカース硬度Ｈａｓを測定するのに使用した半割のチップとは異なる他方の半割のチップを、電気炉等の炉内に載置して、前記加熱処理を行った後に、ビッカース硬度Ｈａｓの場合と同様にしてビッカース硬度を測定する。
【００３８】
硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が前記範囲内にあるチップは、繊維状の結晶組織を有しており、その繊維は軸線Ｏ方向に配向している場合もあるし、軸線Ｏに直交する方向に配向している場合もある。歪が完全に除去されたチップは粒状の再結晶組織を有する。前記チップ９の結晶組織は、金属顕微鏡により確認することができる。
【００３９】
この発明におけるチップ９は、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有し、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ａ（６，１）、Ｂ（６，１５）、Ｃ（３３，１８）、Ｄ（３３，４）、Ａ（６，１）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にある（図４参照。）。前記チップが、上述したように、一定の歪を有し、また、その組成が前記範囲内にあると、火花放電面の耐酸化性を維持しつつ耐火花消耗性を向上させることができるので、耐久性に優れたスパークプラグを提供することができる。
【００４０】
この発明におけるチップ９は、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有し、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｅ（１１，４）、Ｆ（１１，１４）、Ｇ（３１，１６）、Ｈ（３１，６）、Ｅ（１１，４）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあるのが好ましく、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有し、Ｒｈ及びＲｕの含有率（Ｒｈ，Ｒｕ）（質量％）が各点Ｉ（１５，７）、Ｊ（１５，１３）、Ｋ（２７，１４）、Ｌ（２７，８）、Ｉ（１５，７）をこの順に結ぶ線分で囲まれた領域内（線上を含む。）にあるのが特に好ましい（図４参照。）。
【００４１】
前記チップ９は、Ｉｒを主成分として含むＩｒ合金である。ここで、主成分とはチップ９に含有される成分の中で最も含有率の多い成分のことをいう。Ｉｒの含有率は、チップ全質量に対して４４質量％以上９３質量％以下であり、ＩｒとＲｈとＲｕとの合計質量が９５質量％以上１００質量％以下となる範囲で、前記ＲｈとＲｕとの含有率に応じて適宜設定される。Ｉｒは、融点が２４５４℃という高融点の材料であり、耐火花消耗性に優れる。
【００４２】
前記チップ９は、Ｒｈを前記範囲の割合で含有する。Ｒｈが含まれると、燃焼雰囲気と接するチップ表面からＩｒが酸化揮発し難くなるので、純Ｉｒにより形成されるチップよりも放電部付近の耐酸化性が向上する。Ｒｈの含有率が低すぎると、放電部付近の耐酸化性を維持することができない。Ｒｈの含有率が高すぎると、再結晶温度が低下するので歪が除去されやすく、また相対的にＩｒの含有率が減るので、高融点であるＩｒの特性が生かされず、耐火花消耗性に劣る。
【００４３】
前記チップ９は、Ｒｕを前記範囲の割合で含有する。Ｉｒを主成分としてＲｈを含有するチップは、放電部付近の耐酸化性が向上する一方で、再結晶温度が下がるので、歪が除去されやすくなる。しかし、Ｉｒ及びＲｈに加えてＲｕを含有すると、材料自体の降伏応力が大きくなるだけでなく、再結晶温度も高くなり、歪の除去を防ぐことができる。一般に、Ｉｒに所定量以上のＲｕを含有させた場合、その含有量の増加に伴い、再結晶温度が下がる。しかし、本発明の範囲内でＩｒ−Ｒｈ合金にＲｕを含有させた場合には再結晶温度が上がる。
【００４４】
また、高火花エネルギー条件下でスパークプラグを使用すると、通常の火花エネルギー条件下と比較して、火花放電面が非常に高温となり、オゾン等が大量に発生し、より酸化し易い環境になる。ＩｒとＲｈのみを含有するチップであると、このような環境下では、チップ表面や結晶粒界でＲｈリッチな層が形成される。Ｒｈリッチな層が形成される理由は、次のように推定される。つまり、オゾン等の存在によってＩｒの酸化揮発は加速するが、上記のような高温条件は、Ｒｈにとっては還元雰囲気といえるので、Ｒｈは酸化せずにＩｒが優先的にＩｒＯ３となって酸化揮発してしまい、Ｒｈが濃化すると考える。Ｒｈの融点は低く、Ｒｈリッチな層となった部分は、歪が完全に除去されるので、Ｒｈリッチな層がチップ表面及び結晶粒界に厚く形成されるほど火花消耗し易くなる。すなわち、ＩｒとＲｈのみを含有するチップでは、材料自体の降伏応力や再結晶温度が低いだけではなく、火花放電面におけるＩｒの酸化揮発が進行することで、一層耐火花消耗性が低下してしまうことがわかった。一方、Ｉｒ及びＲｈに加えてＲｕを含有するチップは、上記のようにＩｒが酸化揮発しやすい環境下でも、ＲｕがＩｒの酸化を抑制することでＲｈリッチな層の形成を抑制することができ、火花消耗を抑制することができる。
【００４５】
Ｒｕは、図４に示すように、Ｒｈの含有率に応じた含有率で含有されることで、再結晶温度を上げ、材料自体の降伏応力を大きくし、また、Ｒｈリッチな層の形成を抑制することができる。Ｒｕの含有率が低すぎると、前記効果が得られず、Ｒｕの含有率が高すぎると、却って再結晶温度が下がり、歪が除去されやすくなり、耐火花消耗性に劣ってしまう。さらに、Ｒｈの含有率が増えるほど、再結晶温度は下がり、Ｒｈリッチな層が厚く形成されやすくなるため、Ｒｈの含有率に比例して、Ｒｕの含有率を増やさなければ、再結晶温度を上げ、かつＲｈリッチな層の形成を抑制することができない。また、Ｒｈの含有率が少ないと、再結晶温度が下がるのを抑制するのに必要なＲｕの含有率が少なくなるため、Ｒｈの含有率が少ない場合は、Ｒｕの含有率も少なくなる。
【００４６】
この発明におけるチップは、ＩｒとＲｈとＲｕとを全質量に対して合計で９５質量％以上含有していればよく、５質量％より小さい含有率で、Ｎｉ、Ｐｔ，Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ａｌ等と不可避不純物とを含有していてもよい。不可避不純物としては、例えば、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｆｅ等を挙げることができる。これらの不可避不純物の含有率は少ない方が好ましいが、この発明の課題を達成することができる範囲内で含有していてもよく、前述した成分の合計質量を１００質量部としたときに、前述した１種類の不可避不純物の割合は０．１質量部以下、含有される全種類の不可避不純物の合計割合は０．２質量部以下であるのがよい。
【００４７】
前記チップ９に含まれる各成分の含有率は、次のようにして測定することができる。すなわち、まずチップ９を中心軸線Ｏを含む平面で切断して切断面を露出させ、このチップ９の切断面において任意の複数箇所、例えば、前述したビッカース硬度を測定する測定点を選択し、ＥＰＭＡを利用して、ＷＤＳ（Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）分析を行うことにより、各々の箇所の質量組成を測定する。次に、測定した複数箇所の測定値の算術平均値を算出して、この平均値をチップ９の組成とする。
【００４８】
特定の組成範囲にあり、かつ一定の歪を有する、この発明におけるチップは、負極である中心電極４の先端面に設けられることにより、その効果がより一層発揮される。火花放電の際には、正極である接地電極８から負極である中心電極４に向かって陽子が飛び、中心電極４の先端に接合されたチップ９の表面に衝突する。チップ９の表面に重い陽子が衝突すると、その表面が変形し、金属の塊の一部が脱落し、火花消耗し易くなる。一方、この発明におけるチップは、特定の組成範囲にあり、かつ一定の歪を有するので、火花放電によってもその歪が除去されず、高い強度を有するので、重い陽子がチップの表面に衝突しても変形しにくく、火花消耗を抑制することができると推定される。
【００４９】
この発明に係るスパークプラグ１は、中心電極４及び接地電極８の少なくとも一方、特に中心電極４に、前述したチップを有することで火花放電面の耐酸化性を維持しつつ耐火花消耗性を向上させることができ、その他の構成は特に限定されないが、次の条件（１）及び（２）の両方を満たすスパークプラグであると、条件（１）及び条件（２）の少なくとも一方を満たさないスパークプラグより、放電部付近の耐酸化性及び耐火花消耗性の向上効果が高い。
【００５０】
条件（１）：前記棒状部における同径の部位のうち前記軸線方向の長さが最も長い胴部の直径ｄが大きくとも２．２５ｍｍである。
条件（２）：前記棒状部と前記主体金具との前記軸線に直交する方向の距離ｈが３ｍｍ以下である領域の前記軸線方向の長さＨが少なくとも９ｍｍである。
【００５１】
スパークプラグ１が条件（１）を満たす場合、条件（１）を満たさないスパークプラグよりも中心電極が細くなり、火花放電により生じた熱をチップ９から中心電極４及び絶縁体３へと伝達し難くなるので、チップ９が高温化し易くなる。そうすると、チップ９の放電部付近の酸化消耗だけでなく、火花消耗もまた加速し易くなる。
【００５２】
スパークプラグ１が条件（２）を満たす場合、条件（２）を満たさないスパークプラグよりも中心電極４と主体金具７との距離ｈの小さい領域が広範囲に存在するので、放電直前に中心電極４に蓄積される静電容量が大きくなり、容量放電のエネルギーが増大する。そうすると、火花放電時におけるチップの火花放電面の変形による金属の塊の一部の脱落により火花消耗し易くなる。
【００５３】
条件（１）及び条件（２）の両方を満たすスパークプラグは、上述したように、特にチップが消耗し易くなるところ、この発明におけるチップ９は、特定の組成範囲にあり、かつ一定の歪を有するので、火花放電によってもその歪が全て除去されてしまうことがなく、高い強度を有し、かつ、放電部付近におけるＩｒの酸化揮発が進行することでＲｈリッチな層が形成されるのを抑制することができ、放電部付近の耐酸化性及び耐火花消耗性の向上効果がより一層高くなる。
【００５４】
前記スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。まず、中心電極４に接合されるチップ９は、各成分の含有率が前述した範囲となる金属成分を配合し、原料粉末を用意する。これをアーク溶解してインゴットを形成し、このインゴットを熱間鍛造して、棒材とする。次に、この棒材を複数回溝ロール圧延して、必要に応じてスエージングを行い、ダイス引きにて伸線加工を施すことによって、微細な繊維状の結晶組織を有する断面円形状の円形棒材とし、この円形棒材を所定の長さに切断することによって、円柱状のチップを形成する。なお、チップ９の形状は円柱状に限定されず、例えば前記インゴットを四角形ダイスを用いて伸線加工を行い、角材に加工し、その角材を所定の長さに切断することによって例えば角棒状に形成することもできる。
【００５５】
この発明におけるチップ９は、前記工程に加えて、熱処理工程を行う。というのも、ＲｕはＩｒとは結晶構造が異なる元素であり、ＩｒにＲｕを含有する合金は、例え加工性が向上すると言われるＲｈが含有されていたとしても、塑性加工が難しく、加工硬化しやすい性質を持つためである。熱処理工程は、前述したチップの各加工工程の間、又は全加工工程の終了後、つまり、加工中以外に行い、これによりチップに残留する歪の程度を調整する。すなわち、チップが前述した硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）の範囲となるように、調製する。この熱処理工程は、再結晶が生じず、歪が一定程度除去される程度の温度で所定時間維持されることにより行われ、温度は、例えば８００〜１５００℃であり、保持時間は例えば１時間以下とするのが好ましい。０時間を含む理由は、熱処理なしという訳ではなく、昇温して目的の温度に達したら、保持せずに降温させることを示す。より好ましくは、９００〜１３００℃の範囲内で、保持時間は３０秒〜４５分とするのがよい。昇温速度は２〜３０℃／ｍｉｎの範囲で調整するのがよい。より好ましくは、５〜２０℃／ｍｉｎの範囲がよい。加熱方法は、前述した硬度比を有するチップが得られる限り、その方法は特に限定されず、電気炉を用いて雰囲気制御してもよいし、バーナーによる加熱であってもよいし、複数回上記熱処理工程を加えてもよい。また、上記熱処理温度は、歪を完全に除去できるとした請求項１に記載の温度よりも高温の場合があるが、加熱時間を短くすれば、歪が完全に除去されることはなく、再結晶化のおそれもない。
【００５６】
接地電極８にチップが接合される場合には、中心電極４に接合されるチップ９と同様の方法によりチップを製造してもよいし、従来公知の方法によりチップを製造してもよい。
【００５７】
中心電極４及び／又は接地電極８は、例えば、真空溶解炉を用いて、所望の組成を有する合金の溶湯を調製し、線引き加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して、中心電極４及び／又は接地電極８を作製することができる。中心電極４が、外層とこの外層の軸心部に埋め込まれるように設けられた芯部とにより形成されている場合には、中心電極４はカップ状に形成したＮｉ合金等からなる外材に、外材より熱伝導率の高いＣｕ合金等からなる内材を挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて、外層の内部に芯部を有する中心電極４を形成する。接地電極もまた中心電極４と同様に外層と芯部とにより形成されてもよく、この場合には中心電極４と同様にしてカップ状に形成した外材に内材を挿入し、押し出し加工等の塑性加工した後、略角柱状に塑性加工したものを、接地電極にすることができる。
【００５８】
次いで、所定の形状に塑性加工等によって形成した主体金具７の端面に、接地電極８の一端部を電気抵抗溶接又はレーザ溶接等によって接合する。次いで、接地電極８が接合された主体金具７にＺｎめっき又はＮｉめっきを施す。Ｚｎめっき又はＮｉめっきの後に３価クロメート処理を行ってもよい。また、接地電極に施されためっきは剥離してもよい。
【００５９】
次いで、上述のように作製したチップ９を中心電極４に抵抗溶接及び／又はレーザ溶接等により溶融固着する。抵抗溶接でチップ９を中心電極４に接合する場合には、例えば、チップ９を中心電極４の所定位置に設置して押し当てながら抵抗溶接を施す。レーザ溶接でチップ９を中心電極４に接合する場合には、例えば、チップ９を中心電極４の所定位置に設置し、チップ９と中心電極４との接触面と平行方向からチップ９と中心電極４との接触部分を部分的に又は全周に渡ってレーザビームを照射する。なお、抵抗溶接をした後にレーザ溶接を施してもよい。また、接地電極８にチップを接合する場合には、中心電極４にチップ９を接合する方法と同様にして接合することができる。
【００６０】
一方、セラミック等を所定の形状に焼成することによって絶縁体３を作製し、この絶縁体３の軸孔２内にチップ９が接合された中心電極４を挿設し、第１シール体２２を形成する組成物、抵抗体２１を形成する組成物、第２シール体２３を形成する組成物をこの順に前記軸孔２内に予備圧縮しつつ充填する。次いで前記軸孔２内の端部から端子金具５を圧入しつつ前記組成物を圧縮加熱する。こうして前記組成物が焼結して抵抗体２１、第１シール体２２及び第２シール体２３が形成される。次いで接地電極８が接合された主体金具７にこの中心電極４等が固定された絶縁体３を組み付ける。最後に接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。
【００６１】
本発明に係るスパークプラグ１は、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部２４が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグ１は、如何なる内燃機関にも使用することができるが、高火花エネルギー条件で使用されるときのチップの耐酸化性及び耐火花消耗性に特に優れるので、高火花エネルギー条件で使用されることが要求される内燃機関に特に好適である。
【００６２】
この発明に係るスパークプラグ１は、前述した実施例に限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１は、中心電極４の先端面と接地電極８の先端部における外周面とが、軸線Ｏ方向で、間隙Ｇを介して対向するように配置されているが、この発明において、中心電極の側面と接地電極の先端面とが、中心電極の半径方向で、間隙を介して対向するように配置されていてもよい。この場合に、中心電極の側面に対向する接地電極は、単数が設けられても、複数が設けられてもよい。
【実施例】
【００６３】
＜スパークプラグ試験体の作製＞
中心電極に設けられるチップは、所定の組成を有する原料粉末を配合し、アーク溶解してインゴットを形成し、このインゴットを熱間鍛造して、棒材とした。次に、この棒材を複数回溝ロール圧延を行い、その後、スエージングを行って丸棒状に形成し、さらに、複数回ダイスを用いて伸線加工を施すことによって、微細な繊維状の結晶組織を有する断面円形状の円形棒材とし、この円形棒材を所定の長さに切断することによって、直径０．８ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円柱状チップを形成した。
【００６４】
次いで、この円柱状チップを、熱処理工程として、電気炉で８００〜１５００℃の範囲内における所定の温度で、０秒〜１時間の範囲における所定の時間維持することで、表１及び表２に示す硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）を調整して、実施例の中心電極用のチップを形成した。得られたチップを金属顕微鏡で観察したところ、繊維状の結晶組織を有していた。
【００６５】
比較例の中心電極用のチップは、所定の組成を有する原料粉末を配合・溶解して合金を作製し、これを直径０．８ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円柱状チップに形成した。この円柱状チップに必要に応じて焼鈍を施して、種々の硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）を有するチップを作製した。つまり、Ｈａｓ／Ｈａｎが２．２より大きい比較例の中心電極用チップは、上記実施例における熱処理工程及び焼鈍のいずれも施しておらず、得られたチップを金属顕微鏡で観察したところ、繊維状の結晶組織を有していた。さらに、Ｈａｓ／Ｈａｎが１．５から２．２までの比較例の中心電極用チップは、上記熱処理工程を施して作製した。得られたチップを金属顕微鏡で観察したところ、繊維状の結晶組織を有していた。さらに、Ｈａｓ／Ｈａｎが１．５より小さい比較例の中心電極用チップは、焼鈍を施して作製した。得られたチップを金属顕微鏡で観察したところ、繊維状の結晶組織を有するチップ、繊維状の結晶組織と再結晶組織とを有するチップ、及び再結晶組織を有するチップがあることがわかった。
【００６６】
接地電極に接合するためのチップは、Ｐｔ９０質量％、Ｎｉ１０質量％を配合して溶解して得られた溶解材を、鍛造により角柱状に加工し、その角柱を圧延、伸線加工などによって丸線として、所定の長さに切断することで、直径１．０ｍｍ、高さ１ｍｍの円柱状の接地電極用のチップを形成した。
【００６７】
中心電極及び接地電極は、前述したように、所定の組成を有する合金の溶湯を調製し、線引き加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して作製した。中心電極における同径の部位のうち軸線方向の長さが最も長い胴部の前記直径ｄは２．３ｍｍであった。
【００６８】
次いで、主体金具の一端面に接地電極を接合し、接地電極用のチップを接地電極の主体金具が接合されていない接地電極の端部に抵抗溶接により接合した。また、中心電極用のチップを中心電極の先端部にレーザ溶接により接合した。一方、セラミックスを所定の形状に焼成することによって絶縁体を作製し、この絶縁体の軸孔内にチップが接合された中心電極を挿入し、第１シール体、抵抗体及び第２シール体を形成する組成物を順に軸孔内に充填し、最後に端子金具を挿入して封着固定した。
【００６９】
次いで、接地電極が接合された主体金具に、中心電極が固定された絶縁体を組み付けて、最後に接地電極の先端部を中心電極側に折り曲げて、接地電極に接合されたチップと中心電極の先端面に接合されたチップとが対向するようにして、スパークプラグ試験体を製造した。
【００７０】
なお、製造されたスパークプラグ試験体のネジ径はＭ１４であり、前記棒状部と前記主体金具との前記軸線に直交する方向の距離ｈが３．０ｍｍ以下である領域の前記軸線方向長さＨが９ｍｍ、主体金具における突起部の軸線方向長さｔが１．８ｍｍ、チップ間の間隙Ｇは１．１ｍｍであった。
【００７１】
表１及び表２に示される硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）は、次のようにして、ビッカース硬度（Ｈａｓ）及びビッカース硬度（Ｈａｎ）をそれぞれ測定し、その比を算出することにより求めた。中心電極用のチップのビッカース硬度（Ｈａｓ）は、まず、チップをその中心軸線を含む平面で切断し、この切断面において前述したように複数の測定点を選択し、ビッカース硬度計を用いて、荷重１Ｎ、保持時間１０秒としたこと以外は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４  に準拠して測定した。これらの複数の測定値の算術平均値を算出し、これをビッカース硬度（Ｈａｓ）とした。ビッカース硬度（Ｈａｎ）は、チップを炉内に載置して、前記加熱処理を行った後に、ビッカース硬度（Ｈａｓ）と同様にして、ビッカース硬度を測定した。これをビッカース硬度（Ｈａｎ）とした。
【００７２】
表１及び表２に示される中心電極用のチップの組成は、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製JXA-8500F）のＷＤＳ分析（加速電圧：２０ｋＶ、スポット径：１００μｍ）を行うことにより、質量組成を測定した。まず、チップをその中心軸線を含む平面で切断し、この切断面において前述したように複数の測定点を選択し、質量組成を測定した。次に、測定した複数の測定値の算術平均値を算出して、この平均値を中心電極用のチップの組成とした。なお、スポット径を考慮した測定領域がチップ９と中心電極４との溶融により形成されて成る溶融部上にある場合は、その測定点の結果を除いた。
【００７３】
＜机上火花消耗試験＞
製造したスパークプラグ試験体を加圧条件１．２ＭＰａ、窒素雰囲気の高圧チャンバに取り付け、イグニッションエネルギー１５０ｍＪ、周波数１００Ｈｚで２００時間放電を行った。試験前の容量放電成分の放電電圧を測定したところ、１００発の平均で２５ｋＶであった。この試験前後の中心電極に接合されたチップと接地電極に接合されたチップとの間隙を測定し、試験後の間隙Ｇ’から試験前の間隙Ｇ（＝１．１ｍｍ）を引いた値（Ｇ’−Ｇ）をギャップ増加量として、以下の基準にしたがって耐火花消耗性の評価を行った。結果を表１及び表２に示す。
☆：ギャップ増加量が０．１ｍｍ未満のとき
◎：ギャップ増加量が０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満のとき
○：ギャップ増加量が０．１５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満のとき
×：ギャップ増加量が０．２ｍｍ以上のとき
【００７４】
＜実機耐久試験＞
製造したスパークプラグ試験体を、試験用の過給器付エンジンに取り付け、イグニッションコイルエネルギー１５０ｍＪ、スロットル全開で、エンジン回転数６０００ｒｐｍの状態を維持し、１５０時間運転を行う耐久試験を行った。試験前の容量放電成分の放電電圧を測定したところ、１００発の平均で２０ｋＶであった。さらに、中心電極母材の先端から０．５ｍｍの位置の温度を熱電対によって測定したところ、９００℃であった。この試験前後の、中心電極に接合されたチップと接地電極に接合されたチップとの間隙を測定し、試験後の間隙Ｇ’から試験前の間隙Ｇ（＝１．１ｍｍ）を引いた値（Ｇ’−Ｇ）をギャップ増加量として、以下の基準にしたがって耐久性の評価を行った。結果を表１、表２に示す。また、表１及び表２に示す組成を有するチップのうち、硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）が１．５以上２．２以下の範囲にあるチップについてＲｈとＲｕとの質量割合を図４に示す。図４において、実機耐久性の試験結果が「×」のときの質量割合を「×」、「○」のときの質量割合を「○」、「◎」のときの質量割合を「◇」、「☆」のときの質量割合を「＊」で示す。
☆：ギャップ増加量が０．０６ｍｍ未満のとき
◎：ギャップ増加量が０．０６ｍｍ以上０．０９ｍｍ未満のとき
○：ギャップ増加量が０．０９ｍｍ以上０．１２ｍｍ未満のとき
×：ギャップ増加量が０．１２ｍｍ以上のとき
【００７５】
【表１】
0005619843.tif 000002
【００７６】
【表２】
0005619843.tif 000003
【００７７】
＜硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）の違いによる評価試験＞
表１及び表２における特定のスパークプラグ試験体について、チップの製造工程における熱処理工程で温度と時間とを調整することにより、硬度比（Ｈａｓ／Ｈａｎ）を１．４〜２．３の範囲で変化させたこと以外は、前述したスパークプラグ試験体の製造方法と同様にしてスパークプラグ試験体を作製し、前述したのと同様にして実機耐久試験を行い、ギャップの増加量により以下の基準にしたがって耐久性の評価を行った。結果を表３に示す。
☆：ギャップ増加量が０．０６ｍｍ未満のとき
◎：ギャップ増加量が０．０６ｍｍ以上０．０９ｍｍ未満のとき
○：ギャップ増加量が０．０９ｍｍ以上０．１２ｍｍ未満のとき
×：ギャップ増加量が０．１２ｍｍ以上のとき
【００７８】
【表３】
0005619843.tif 000004
【００７９】
＜スパークプラグ試験体の構成の違いによる評価試験＞
組成が同じで硬度比の異なる、試験番号Ａ−１８及びＡ−１９の中心電極用のチップを用いて、中心電極における前記直径ｄ、前記距離ｈ、前記軸線方向長さＨを変化させたこと以外は、前述したスパークプラグ試験体の製造方法と同様にしてスパークプラグ試験体を作製した。これらのスパークプラグ試験体を用いて、前述したのと同様にして実機耐久試験を行い、実機耐久試験前後の中心電極に接合されたチップの体積をＣＴスキャン（東芝株式会社製TOSCANER-32250μhd）で測定し、減少した体積を消耗体積として測定した。試験番号Ａ−１９の消耗体積を試験番号Ａ−１８の消耗体積で割った値を消耗体積比として算出し、以下の基準にしたがって耐消耗性向上効果の評価を行った。結果を表４に示す。なお、表４において、試験番号Ｃ−３における距離ｈ（＝３．１ｍｍ）は棒状部と主体金具との最小の距離である。
◎：消耗体積比が０．６以下のとき
○：消耗体積比が０．６より大きく０．８以下のとき
△：消耗体積比が０．８以上のとき
【００８０】
【表４】
0005619843.tif 000005
【００８１】
本発明の範囲に含まれるチップを中心電極に備えたスパークプラグは、表１及び表２に示されるように、耐火花消耗性及び実機耐久性の評価のいずれもが良好だった。特に耐火花消耗性の評価では、一般に融点や熱伝導率が高い材料により形成されたチップの方が耐火花消耗性に有利と考えられているのに対し、本発明の範囲に含まれるチップを備えたスパークプラグは、融点や熱伝導率の最も高いＩｒをチップとして用いたスパークプラグ（Ａ-１）よりも良好だった。よって、この発明によると、チップの火花放電面の酸化消耗及び火花消耗を抑制することで耐久性に優れたスパークプラグを提供することができることが示された。
【００８２】
一方、本発明の範囲外にあるチップを中心電極に備えたスパークプラグは、表１及び表２に示されるように、耐火花消耗性と実機耐久性の評価のいずれもが劣っているか、或いは、耐火花消耗性の評価は良好であるが、実機耐久性の評価が劣っていた。よって、この発明の範囲外にあるチップを中心電極に備えたスパークプラグは、耐酸化性及び／又は耐火花消耗性が劣っていることにより耐久性が劣っていることが示された。
【００８３】
表４に示されるように、中心電極の直径ｄが小さく、特に２．２５ｍｍ以下であり、前記距離ｈが３ｍｍ以下である領域の軸線方向の長さＨが９ｍｍ以上であると、消耗体積比が小さく、耐消耗性向上効果がより高いことが示された。
【符号の説明】
【００８４】
１  スパークプラグ
２  軸孔
３  絶縁体
４  中心電極
５  端子金具
６  接続部
７  主体金具
８  接地電極
９  チップ
１１  後端側胴部
１２  大径部
１３  先端側胴部
１４  脚長部
１５  棚部
１６  鍔部
１７  段部
１８  テーパ部
１９  板パッキン
２１  抵抗体
２２  第１シール体
２３  第２シール体
２４  ネジ部
２５  ガスシール部
２６  工具係合部
２７  加締め部
２８，２９  パッキン
３０  滑石
３１  先端側内周面
３２  突起部
３３  後端側内周面
３４  後端部
３５  棒状部
３６  頭部
３７  胴部
３８  先端部
Ｇ  火花放電間隙
【図１】
0005619843.tif 000006
【図２】
0005619843.tif 000007
【図３】
0005619843.tif 000008
【図４】
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